Das Klimasystem der Erde ist komplex, da unterschiedliche Systeme, nämlich die Atmosphäre, die Ozeane, die Biosphäre und die Cryosphäre miteinander auf klimarelevanten Zeitskalen wechselwirken. Um die zugrundeliegenden Prozesse und ihr Feedback auf das Klimasystem zu verstehen, werden umfangreiche Erdsystemmodelle verwendet. Diese werden dazu benutzt, um - zusätzlich zu heutigen Klimabedingungen und die Reaktionen einzelner Domänen auf den Klimawandel - zu untersuchen, wie frühere Klimazustände ausgesehen haben und wie sich das Klima potentiell an globale Klimaveränderungen anpassen konnte.
In diesem Projekt wird ein solche Erdsystemmodell verwendet, um die Klimasituation auf einer frühen
Erde während des Perm (vor 262 Millionen Jahren) zu simulieren. Während dieser Zeit haben die Landmassen den Superkontinent „Pangaea“ gebildet, der nur geringe Gebirgszüge aufwies, sowie einen großes offenes Ozeanbecken (Panthalassic Ocean) und ein durch Inseln begrenztes Ozeanbecken (Tethys Ocean). Diese Land-Meer Verteilung hat offensichtliche Auswirkungen auf die atmosphärische
Zirkulation wie z.B. die Wellenaktivität, aber auch auf die vertikale Durchmischung in der
Troposphäre. Des weiteren hat diese Anordnung der Kontinente auch Folgen für den Energiehaushalt des Klimasystems. Daher ist es unabdingbar eine geeignete Repräsentation für den Ozean – insbesondere für den ozeanischen meridionalen Wärmetransport, der die Energiebilanz zwischen den Tropen und den hohen Breiten aufgrund der unterschiedlichen solaren Einstrahlung ausgleicht – zu finden, um die Klimabedingungen während des Perms simulieren zu können. Daher muss in diesem Projekt die Ozeanzirkulation explizit bestimmt werden und kann nicht durch vorgeschriebene Meeresoberflächentemperaturen beschrieben werden. Zusätzlich hat der vermutlich höhere CO2 Gehalt der Atmosphäre während dieser Zeit Auswirkungen auf das Wachstum von Vegetation, aber auch die Stärke des Treibhauseffektes, so dass für sämtliche Prozesse Modellbeschreibungen gekoppelt und angewendet werden sollten.
Konsequenterweise werden in diesem Projekt gekoppelte Simulationen des Klimasystems erstellt, in denen prozessbasierte Repräsentationen der Atmosphäre, des Ozeans (inklusive sich potentiell bildenden Meereises) und der Biosphäre mit dem Chemie-Klimamodell EMAC durchgeführt. Ziele sind auf der einen Seite eine realistische Reproduktion der Klimaverhältnisse im Perm , die anhand von rekonstruierten „Beobachtungen“ aus Paläoarchiven evaluiert werden sollen. Auf der anderen Seite wird erhofft, ein verbessertes Prozessverständnis für troposphärische Mischungsprozesse aufgrund der unterschiedlichen Klimabedingungen zwischen dem Perm und heute zu erlangen. Zusätzlich soll die Stabilität eines alternativen Klimazustandes in der Erdgeschichte analysiert werden, und destabilisierende Einflüsse identifiziert werden, die dazu beitragen können kritische Punkte im Klimasystem identifizieren zu können.